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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- Au在ZnO極性表面吸附的第一原理研究
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡(jiǎn)介：
- 本文首次從理論角度闡述常溫下性質(zhì)穩(wěn)定的Au如何能充當(dāng)催化劑。探索Au作為催化劑在制備ZnO納米結(jié)構(gòu)中的可行性，基于密度泛函理論，本文對(duì)Au的作用進(jìn)行了系統(tǒng)計(jì)算和分析。
- 詳細(xì)介紹：
- 采用第一原理研究了Au在ZnO兩個(gè)極性表面(0001)-Zn和(000 )-O的吸附，分析了單層Au吸附在ZnO極性表面上的態(tài)密度和吸附構(gòu)型。計(jì)算結(jié)果表明：ZnO極性表面上單層Au吸附層能提高Zn原子在(0001)-Zn和(000 )-O面上的吸附能分別0.41eV/原子和0.42eV/原子；同時(shí)Au吸附層又比Zn吸附層更加活躍，總能計(jì)算可以看出Au處于頂端的構(gòu)型比Au擴(kuò)散構(gòu)型更加穩(wěn)定，使得Au恒處于頂端，很好的解釋了Au在ZnO納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)過(guò)程中充當(dāng)表面活性劑的角色。理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)Au球總是在生長(zhǎng)出的納米結(jié)構(gòu)的末端這一現(xiàn)象吻合很好。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 納米尺寸的功能元件呈現(xiàn)顯著的量子力學(xué)特性，如表面效應(yīng)和量子隧穿效應(yīng)等。這使得ZnO納米結(jié)構(gòu)成為當(dāng)今研究熱點(diǎn)。為了探索Au作為催化劑在制備ZnO納米結(jié)構(gòu)中的可行性，基于密度泛函理論，本文對(duì)Au的作用進(jìn)行了系統(tǒng)計(jì)算和分析。
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 本文首次從理論角度闡述常溫下性質(zhì)穩(wěn)定的Au如何能充當(dāng)催化劑。采用的方法是基于密度泛函理論(DFT)框架下模擬計(jì)算。密度泛函理論是研究多電子體系結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)方法。在物理、化學(xué)、生物和醫(yī)藥等領(lǐng)域都有極為廣泛的應(yīng)用。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 本文通過(guò)理論計(jì)算和分析，證明了常溫下的貴金屬金銀銅等在適當(dāng)條件下將變的極為活躍的可以充當(dāng)制備ZnO納米結(jié)構(gòu)的催化劑，為獲得高質(zhì)量ZnO納米結(jié)構(gòu)提供了一條新途徑。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 采用第一原理研究了Au在ZnO兩個(gè)極性表面(0001)-Zn和(000 )-O的吸附，分析了單層Au吸附在ZnO極性表面上的態(tài)密度和吸附構(gòu)型。計(jì)算結(jié)果表明：ZnO極性表面上單層Au吸附層能提高Zn原子在(0001)-Zn和(000 )-O面上的吸附能分別0.41eV/原子和0.42eV/原子；同時(shí)Au吸附層又比Zn吸附層更加活躍，總能計(jì)算可以看出Au處于頂端的構(gòu)型比Au擴(kuò)散構(gòu)型更加穩(wěn)定，使得Au恒處于頂端，很好的解釋了Au在ZnO納米結(jié)構(gòu)生長(zhǎng)過(guò)程中充當(dāng)表面活性劑的角色。理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)Au球總是在生長(zhǎng)出的納米結(jié)構(gòu)的末端這一現(xiàn)象吻合很好。
獲獎(jiǎng)情況
- 無(wú)
鑒定結(jié)果
- 本文采用密度泛函理論，對(duì)Au可以充當(dāng)催化劑給出了詳細(xì)的解釋，行文嚴(yán)謹(jǐn)，數(shù)據(jù)可靠，為納米結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的制備指出了一條新方向。
參考文獻(xiàn)
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同類課題研究水平概述
- 2001年，Science報(bào)道了美國(guó)佐治亞工學(xué)院王中林教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組通過(guò)實(shí)驗(yàn)首次獲得具有壓電效應(yīng)的ZnO半導(dǎo)體納米結(jié)構(gòu)。這種新型納米結(jié)構(gòu)在納米機(jī)電系統(tǒng)、納米傳感器和生物細(xì)胞探測(cè)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用前景使得如何制備高質(zhì)量ZnO薄膜成為研究熱點(diǎn)。 氣－液－固（V-L-S）生長(zhǎng)模式是最常見(jiàn)的一種。Jie J.、Kong X.和 Levin I分別采用Au、Cu、Sn等充當(dāng)表面活性劑，成功制備出高質(zhì)量ZnO納米結(jié)構(gòu)。這些金屬表面活性劑只在生長(zhǎng)出的ZnO納米結(jié)構(gòu)的末端發(fā)現(xiàn)。這一奇怪現(xiàn)象目前國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有合理的理論解釋。 本文采用基于密度泛函理論的第一原理計(jì)算，通過(guò)計(jì)算體系的總能、態(tài)密度和能帶結(jié)構(gòu)，比較了不同構(gòu)型下Au的電學(xué)特性。結(jié)果表明：Au的吸附有助于Zn和O原子的再次吸附，為生長(zhǎng)制備ZnO納米帶提供了基礎(chǔ)；Au在表面層的吸附能最低最穩(wěn)定，這使得在生長(zhǎng)過(guò)程中，Au會(huì)自發(fā)與Zn、O原子層交換位置，始終處于最頂層，起到催化劑的作用。
